Тетрадь для лабораторных работ по физике (стр. 4 )

При неизменном коэффициенте трения скольжения, сила трения прямо пропорциональна силе давления тела на поверхность. (Сила давления тела на поверхность, по третьему закону Ньютона, равна по величине силе давления поверхности на тело). Следовательно, горизонтально приложенная сила тяги также прямо пропорциональна силе давления тела на поверхность.

Если же сила тяги приложена не в горизонтальном направлении, а под некоторым углом к горизонту, то при прямолинейном равномерном движении тела уравновешивать силу трения будет уже не сама сила тяги, а ее горизонтальная составляющая .

Так как в треугольнике ABC является катетом, а - гипотенузой, то , причем, чем больше угол , тем в большей степени сила тяги отличается от своей горизонтальной составляющей.

Из рассуждений следует, что чем под большим углом к горизонту мы прикладываем силу тяги, тем большей должна быть ее величина, чтобы тело двигалось равномерно и прямолинейно.

Однако, у силы тяги есть и вертикальная составляющая , за счет которой уменьшается сила давления тела на поверхность.

С уменьшением силы давления тела на поверхность уменьшается и сила трения скольжения, а значит, и горизонтальная составляющая силы тяги, причем тем больше, чем под большим углом к горизонту действует сила тяги.

Из этой части рассуждений вытекает, что чем под большим углом к горизонту прикладывается сила тяги, тем меньшей должна быть ее величина, чтобы тело двигалось равномерно и прямолинейно.

Этот вывод не согласуется с первым. Действительно, с одной стороны угол, под которым действует на тело сила тяги, должен быть как можно меньше, с другой стороны, как можно больше.

Противоречие может разрешиться одним из четырех способов:

Возможно, что:

1. Обе тенденции к увеличению и уменьшению угла проявляются в равной мере и компенсируют друг друга. В этом случае для обеспечения равномерного прямолинейного скольжения тела по поверхности величина силы тяги не должна зависеть от угла ее приложения.

2. Тенденция к увеличению угла, под которым действует сила тяги, проявляется в большей степени, чем тенденция к его уменьшению. В этом случае при увеличении угла, под которым действует сила тяги, ее величина должна уменьшаться. При этом должна существовать какая-то закономерность, связывающая величину силы и угол, под которым она действует.

3. Проявляется противоположная тенденция, при которой с увеличением угла приложения силы увеличивается ее величина. Здесь также должна существовать закономерная связь между величиной силы и углом ее приложения.

4. Существует какой-то оптимальный угол, для которого сила тяги минимальна. При его уменьшении или увеличении сила тяги возрастает согласно определенной закономерности.

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА РАВНОМЕРНОГО СКОЛЬЖЕНИЯ

ТЕЛА ПО ШЕРОХОВАТОЙ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

x:

y:

( )

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментально исследовать зависимость силы тяги, обеспечивающей равномерное прямолинейное движение тела по горизонтальной поверхности, от угла приложения этой силы.

ИДЕЯ РАБОТЫ

Перед началом исследования зависимости необходимо определить значение коэффициента трения скольжения тела по выбранной поверхности. Для этого можно воспользоваться одним из описанных в пособии методов.

После этого можно производить прямые измерения силы тяги, постепенно изменяя угол ее приложения от 0 до 90°.

Результаты лучше всего отобразить на графике соответствующей зависимости. Это позволит более наглядно представить их и восполнить недостающие данные. По графику можно более точно определить и значение минимальной силы.

Чтобы наглядно представить теоретическую зависимость и определить теоретическое значение минимальной силы, не применяя сложных математических действий, также следует воспользоваться графическим методом.

ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И

ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. При передвижении тела по поверхности необходимо следить, чтобы показания динамометра были примерно постоянными, значение силы фиксируемой им, изменялось не скачкообразно.

2. Для получения хороших значений силы тяги, необходимо использовать груз большой массы.

3. В опытах при изменении силы тяги следует пользоваться чувствительным динамометром. Предварительно необходимо определить цену его деления. Динамометр предназначен не только для измерения сил, но и масс тел. Если шкала его проградуирована в единицах массы - граммах, то осуществляя перевод показаний в ньютоны следует исходить из соотношений:

; 1Н = 0,1кг · 9,8м/с2.

На тело массой 100 г приближенно действует сила тяжести 1 Н.

На тело массой 50 г приближенно действует сила тяжести 0,5Н.

ЗАДАНИЯ

1. Соберите экспериментальную установку, как показано на рисунке.

2. Определите коэффициент трения скольжения бруска по избранной Вами поверхности. Укажите метод, которым Вы воспользовались.

3. С помощью динамометра равномерно перемещайте груз по горизонтальной поверхности, изменяя от опыта к опыту значение угла приложения силы. Значение углов и соответствующих сил заносите в таблицу:

N	Угол, град	Сила, Н
1 2 3

4. Согласно полученным данным постройте экспериментальный график зависимости .

5. Найдите по графику величину угла, при котором сила тяги оказывается минимальной, и величину этой минимальной силы, необходимой для равномерного перемещения тела по горизонтальной поверхности.

.6. Подставьте значение найденного угла в формулу ( ) и теоретически рассчитайте величину силы тяги, необходимой для равномерного перемещения тела по горизонтальной поверхности. Сопоставьте теоретические и экспериментальные результаты.

7. Задайте несколько большее и несколько меньшее значения угла, чем найденный Вами экспериментально, и подставьте их значения в формулу ( ). Убедитесь, что найденное Вами значение силы тяги действительно является минимальным.

8. Напишите отчет о работе.

Лабораторная работа №8
Определение коэффициента трения скольжения для тела, находящегося на наклонной плоскости

КАЧЕСТВЕННОЕ ОПИСАНИЕ РАВНОВЕСИЯ ТЕЛА

НА НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ

Если наклонная плоскость расположена под таким углом к горизонту, что тело, положенное на нее, соскальзывает вниз с ускорением, то величина силы трения, направленная в сторону, противоположную движению, меньше величины проекции силы тяжести на направление движения. Чтобы удерживать тело в состоянии покоя на такой плоскости, к силе трения необходимо добавлять силу , также направленную вверх вдоль наклонной плоскости.

Если это же тело начать равномерно двигать вверх вдоль наклонной плоскости, сила трения скольжения поменяет свое направление и вместе с проекцией силы тяжести на направление движения будет уравновешивать силу тяги .

Сила трения скольжения зависит от рода соприкасающихся поверхностей (эта зависимость выражается коэффициентом трения скольжения) и от силы нормального давления плоскости на тело.

Сила нормального давления, в свою очередь, зависит от силы тяжести, действующей на тело, и угла наклона плоскости.